Milioni di tonnellate di plastica finiscono ogni anno nelle discariche. È un grosso problema sociale e una minaccia ambientale ancora più grande.

Negli Stati Uniti, meno del 9% dei rifiuti di plastica viene riciclato. Anziché, oltre il 75% dei rifiuti di plastica finisce in discarica e fino al 16% viene bruciato, un processo che rilascia gas tossici nell'atmosfera.

I ricercatori del Center for Plastics Innovation (CPI) dell'Università del Delaware hanno sviluppato un metodo diretto per convertire i rifiuti di plastica monouso:sacchetti di plastica, contenitori per yogurt, bottiglie di plastica e tappi di bottiglia, imballaggi e altro ancora:molecole pronte all'uso per carburanti per jet, diesel e lubrificanti.

Il lavoro, riportato in un articolo in Progressi scientifici di mercoledì, 21 aprile si concentra sull'utilizzo di un nuovo catalizzatore e di un processo unico per abbattere rapidamente queste plastiche più difficili da riciclare, note come poliolefine. Le poliolefine rappresentano dal 60 al 70% di tutte le materie plastiche prodotte oggi.

Il processo sviluppato da UD richiede circa il 50% di energia in meno rispetto ad altre tecnologie, e non comporta l'aggiunta di anidride carbonica nell'atmosfera, un risparmio di emissioni rispetto ad altre tecniche comunemente usate. Si può fare in un paio d'ore a bassa temperatura, intorno ai 250 gradi Celsius. Questo è leggermente superiore alla temperatura del forno di 450 gradi Fahrenheit che potresti usare per arrostire le verdure o cuocere una pasta sfoglia a casa.

È importante sottolineare che il metodo del team UD può trattare una varietà di plastiche, anche quando sono mescolati insieme, un vantaggio considerando il modo in cui vengono gestiti i materiali riciclabili.

"La conversione chimica è l'approccio più versatile e robusto per combattere lo spreco di plastica, " disse Dion Vlachos, il ricercatore principale del progetto e la cattedra Unidel Dan Rich in Energy Professor di ingegneria chimica e biomolecolare presso UD.

I coautori del documento includono Sibao Liu, un ex ricercatore post-dottorato UD, ora professore associato di ingegneria chimica e tecnologia all'Università di Tianjin; e i ricercatori CPI Pavel Kots, un borsista post-dottorato UD; Brandon Vance, uno studente laureato UD; e Andrew Danielson, una laurea specialistica in ingegneria chimica.

Creazione di molecole pronte all'uso

Il team di ricerca UD ha utilizzato un processo chimico chiamato idrocracking per scomporre i solidi di plastica in molecole di carbonio più piccole, quindi ha aggiunto molecole di idrogeno su entrambe le estremità per stabilizzare il materiale per l'uso.

Il cracking catalitico non è nuovo. Le raffinerie lo usano da anni per convertire il petrolio greggio pesante in benzina.

Il metodo del gruppo di ricerca, però, fa molto di più che rompere la plastica. Inoltre converte il materiale in molecole ramificate che consentono loro di essere tradotte più direttamente in un prodotto finale.

"Questo li rende molecole pronte all'uso per lubrificanti di alto valore o applicazioni di carburante, " disse Vlachos, che dirige anche il Delaware Energy Institute e il Catalysis Center for Energy Innovation presso l'UD.

Il catalizzatore stesso è in realtà un materiale ibrido, una combinazione di zeoliti e ossidi metallici misti.

Le zeoliti sono note per avere proprietà che le rendono adatte a creare molecole ramificate. Le zeoliti si trovano in cose come sistemi di purificazione dell'acqua o addolcitori e detersivi per la casa, dove contrastano minerali come calcio e magnesio, rendendo l'acqua dura più dolce e migliorando il processo di lavanderia.

Ossidi metallici misti, nel frattempo, sono noti per la loro capacità di scomporre grandi molecole nella giusta quantità senza esagerare. L'antiacido nel tuo armadietto dei medicinali, Per esempio, è un ossido metallico usato per scomporre, o neutralizzare, l'acido che causa il tuo mal di stomaco.

"Da soli questi due catalizzatori fanno male. Insieme, la combinazione fa magia, fondere la plastica e non lasciare plastica dietro, " ha detto Vlachos.

Ciò conferisce al metodo sviluppato da CPI un vantaggio rispetto alle tecniche attuali utilizzate oggi, anche se Vlachos ha sottolineato che è necessario più lavoro per tradurre questi metodi scientifici nell'industria. Un altro vantaggio:i materiali catalizzatori del team sono comunemente usati e, perciò, abbastanza economico e abbondante.

"Questi non sono materiali esotici, così possiamo iniziare rapidamente a pensare a come utilizzare la tecnologia, " ha detto. Lui e Liu hanno depositato un brevetto provvisorio sul nuovo metodo bi-catalizzatore e unico attraverso l'Ufficio per l'innovazione economica e le partnership di UD.

Soluzioni sostenibili, economia circolare

Ridurre i rifiuti di plastica convertendoli chimicamente in combustibili può svolgere un ruolo importante nel guidare un'economia circolare, dove i materiali vengono riciclati in qualcosa di nuovo alla fine della loro vita utile, invece di essere buttato via. I componenti riciclati possono essere usati per fare di nuovo la stessa cosa o, nel caso dei combustibili, riciclato in prodotti di valore più elevato, creando vantaggi sia economici che ambientali.

"Questo innovativo approccio catalitico è un progresso significativo nella nostra ricerca di processi di depolimerizzazione che coinvolgono percorsi meno intensivi di energia e generano obiettivi di rottura altamente specifici, ha affermato il direttore del CPI LaShanda Korley, Illustre Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Chimica e Biomolecolare. "Questa comprensione fondamentale apre una nuova strada verso la valorizzazione dei rifiuti di plastica".

Per Andrew Danielson, un esperto di ingegneria chimica senior UD coinvolto nel progetto, i potenziali benefici ambientali della conversione della plastica sono entusiasmanti.

"I rifiuti di plastica sono un serio problema ambientale. Credo che questa ricerca possa aiutare a portare a metodi migliori di riutilizzo della plastica, " ha detto Danielson, i cui contributi al lavoro includevano la verifica dei dati raccolti durante il progetto riproducendo gli esperimenti.

Dopo la laurea a maggio, Danielson metterà a frutto questa esperienza di ricerca nell'industria chimica. Ha già ottenuto un lavoro nei controlli di processo, una parte del processo produttivo che implica il controllo delle variabili, come la temperatura, pressione e conducibilità, tra l'altro.

I prossimi passi nella ricerca CPI includono l'esplorazione di quali altre materie plastiche il metodo del team può trattare e quali prodotti può realizzare. Iniziare, Vlachos ha affermato che il team spera di espandere le collaborazioni con i colleghi del campus e del Center for Plastics Innovation per esplorare altre strade per realizzare prodotti di valore eliminando gli sprechi.

"Mentre questa economia circolare va avanti, il mondo avrà bisogno di produrre meno plastiche originali perché riutilizzeremo nel futuro i materiali prodotti oggi, " Egli ha detto.

Un altro obiettivo è sviluppare metodi per migliorare il processo di riciclaggio stesso.

"Vogliamo utilizzare l'elettricità verde per guidare il processo chimico coinvolto nella produzione di cose nuove. Al momento siamo molto lontani dal vederlo, ma è lì che andremo nei prossimi 10 o 20 anni, " ha detto Vlachos.